Неметаллическое соединение, состоящее из кремния и азота, нитрид кремния (Si3N4) также представляет собой передовой керамический материал с наиболее адаптируемым сочетанием механических, тепловых и электрических свойств. Кроме того, по сравнению с большинством других керамических материалов, это высокоэффективная керамика с низким коэффициентом теплового расширения, обеспечивающая превосходную термостойкость.
Функции
Благодаря низкому коэффициенту теплового расширения материал обладает очень высокой термостойкостью и хорошей вязкостью разрушения. Заготовки из Si3N4 устойчивы к ударам и ударам. Эти детали могут выдерживать рабочие температуры до 1400 °C и устойчивы к химическим веществам, коррозионным воздействиям и расплавленным металлам, таким как алюминий, а также кислотам и щелочным растворам. Еще одной особенностью является его низкая плотность. Он имеет низкую плотность от 3,2 до 3,3 г/см3, что почти так же легко, как алюминий (2,7 г/см3), и имеет максимальную прочность на изгиб ≥900 МПа.
Кроме того, Si3N4 характеризуется высокой износостойкостью и превосходит большинство металлов по жаропрочным свойствам, таким как жаропрочность и сопротивление ползучести. Он предлагает превосходное сочетание стойкости к ползучести и окислению и превосходит возможности большинства металлов при высоких температурах. Благодаря низкой теплопроводности и высокой износостойкости он может выдерживать самые суровые условия в самых требовательных промышленных приложениях. Кроме того, нитрид кремния — отличный вариант, когда требуются возможности работы при высоких температурах и высоких нагрузках.
Характеристики
● Высокая вязкость разрушения
● Хорошая прочность на изгиб
● Чрезвычайно низкая плотность
● Невероятная термостойкость
● Высокая рабочая температура в окислительных средах
Метод производства
Пять различных процессов, используемых для производства нитрида кремния, приводят к немного различающимся рабочим материалам и приложениям.
SRBSN (реакционно-связанный нитрид кремния)
GPSN (нитрид кремния, спеченный под давлением газа)
HPSN (горячепрессованный нитрид кремния)
HIP-SN (нитрид кремния горячего изостатического прессования)
RBSN (реакционно-связанный нитрид кремния)
Среди этих пяти GPSN является наиболее часто используемым методом производства.
Примеры применения
Шарики и элементы качения для освещения
Благодаря своей высокой вязкости разрушения и хорошим трибологическим свойствам керамика из нитрида кремния идеально подходит для использования в качестве шариков и тел качения для легких, чрезвычайно точных подшипников, инструментов для формовки керамики, предназначенных для тяжелых условий эксплуатации, и автомобильных компонентов, подвергающихся высоким нагрузкам. Кроме того, в методах сварки используется высокая стойкость материалов к тепловому удару и высокой термостойкости.
Применение при высоких температурах
Кроме того, он уже давно используется в высокотемпературных приложениях. Дело в том, что это один из немногих монолитных керамических материалов, способных выдерживать экстремальные тепловые удары и перепады температур, создаваемые водородно-кислородными ракетными двигателями.
Автоматизированная индустрия
В настоящее время материал на основе нитрида кремния используется в основном в автомобильной промышленности для изготовления деталей двигателей и агрегатов двигателей, таких как турбокомпрессоры для снижения инерции и снижения задержки двигателя и выбросов, свечи накаливания для более быстрого запуска, клапаны управления выхлопными газами для увеличения ускорения и подушки коромысел для газовых двигателей для снижения износа.
Электронная промышленность
Благодаря своим особым электрическим свойствам в приложениях микроэлектроники нитрид кремния все чаще используется в качестве изолятора и химического барьера при производстве интегральных схем для безопасной упаковки устройств. Нитрид кремния используется в качестве пассивирующего слоя с высоким диффузионным барьером против ионов натрия и воды, которые являются двумя основными причинами коррозии и нестабильности в микроэлектронике. В конденсаторах для аналоговых устройств это вещество также используется в качестве электрического изолятора между слоями поликремния.
Заключение
Керамика из нитрида кремния является полезным материалом. Каждый тип этой керамики имеет уникальные особенности, которые делают ее полезной в самых разных областях. Понимание многих разновидностей керамики из нитрида кремния позволяет легко выбрать наилучшую для данного применения.
